Интернет-лаборатория ядерной физики

 

Космические лучи

Цели и задачи лабораторной работы

Цель предлагаемой лабораторной работы - измерить угловое распределение вторичного космического излучения и с его помощью определить время жизни покоящегося мюона.

Выполняя лабораторную работу студенты знакомятся с процессами образования первичных и вторичных космических лучей, их свойствами, знакомятся с представлениями о происхождении и развитии Вселенной, проверяют на практике знаменитую формулу Эйнштейна и находят время жизни покоящегося мюона.

Как устроена лабораторная установка

Существует несколько схем организации удаленной интернет-лаборатории. Наиболее простая схема - пользователь отсылает запрос, а программа через некоторое время по почте присылает данные. Самая сложная схема - пользователь полностью управляет лабораторной установкой и в режиме реального времени получает данные с нее. Предлагаемая нами схема больше соответствует последнему варианту.

Фотография установки, кликните для увеличения в отдельном окне Установка состоит из двух детекторов космических заряженных частиц, сервера и пользовательской программы. Детекторы собраны на основе пластических сцинтилляторов и регистрируют вторичные космические лучи. Детекторы жестко соединены между собой и могут поворачиваться в вертикальной плоскости как единое целое. Тем самым выбирается направление, в котором происходит регистрация космических лучей. С выхода детекторов импульсы подаются на блок анализатора, который считает поступившие импульсы отдельно по каждому каналу регистрации и одновременно подсчитывает количество совпадений. Например, если космическая частица попала в один детектор и не попала во второй, будет зарегистрирован импульс только по одному из каналов, а совпадение зарегистрировано не будет. Напротив, если частица сперва прошла сквозь один детектор и затем через второй, анализатор зарегистрирует импульсы в первом и втором каналах регистрации, а также совпадение. Таким образом, количество совпадений определяется количеством частиц, прошедших через оба детектора.

Анализатор связан с компьютером через параллельный порт. На компьютере установлена программа управления (ПУ), которая управляет блоком счетчика (запуск, останов, сброс и т.д.). Также ПУ передает данные на сервер.

Сервер также построен на базе персонального компьютера и связан с установкой по локальной сети. На сервере установлена программа обслуживания пользователей (ПОП), которая обрабатывает команды и запросы пользователя, подает соответствующие команды на ПУ, принимает данные с установки и передает их удаленному пользователю.

На стороне удаленного пользователя должна быть установлена программа-клиент, которая предназначена для связи с ПОП. Эта программа посылает команды пользователя на сервер и отображает данные, поступающие с установки.

Система организована так, что одновременно на установке может работать только один пользователь.

После подключения к установке можно устанавливать отклонение детекторов от вертикали на любой угол в пределах от -90 до 90 градусов. Установка ориентирована так, что детекторы вращаются со стороны запада на восток и в обратном направлении.

Где получить программы

Программу для работы в ОС Windows версии 95 и выше можно загрузить отсюда - исполнимый модуль EXE. Для установки создайте пустой каталог (например, COSMOS) и загрузите программу.. После этого в каталоге должны присутствовать следующий файл: cosmos.exe - исполняемый модуль программы, config.cfg - файл инициализации (создается автоматически при первом запуске программы). На этом установка закончена, можно запускать исполнимый модуль.

Порядок выполнения работы

Перед выполнением работы рекомендуем ознакомиться с методическим описанием лабораторной работы. Методички доступны в форматах PDF и DjVu. (Более подробное теоретическое описание PDF и DjVu.) На этой странице приводятся краткие инструкции по выполнению работы.

Запуск программы

Для запуска программы перейдите в каталог, где Вы распаковали архив и запустите программу двойным щелчком мыши. Для быстрого запуска Вы можете создать ярлык на рабочем столе. Если программа не соединяется с сервером, посмотрите и, при необходимости, отредактируйте файл инициализации "config.cfg".

Получение данных с установки

  1. Ознакомьтесь с принципами работы удаленной установки и программы управления;
  2. Подключитесь к удаленной установке;
  3. Измерьте скорость счета счетчиков по отдельности N1, N2 и скорость счета совпадений Nсовп в зависимости от отклонения T. Измерения надо производить с достаточной статистической точностью;
  4. Отключитесь от удаленной установки;

Обработка данных

Для оценки времени жизни мюона надо построить график функции Nсовп (естественно за вычетом фона Nфон, случайных совпадений Nсл.совп. и ливней из стен помещения Nливн) в зависимости от угла отклонения T и сравнить его с графиком функции (cos T)1,6, характеризующей уменьшение интенсивности жёсткой компоненты космических лучей лишь за счёт ионизационных потерь.